Bà tên thật là Nguyễn Thị Huyền (bà lấy nghệ danh là Thương Huyền). Bà sinh ngày 26 tháng 10 năm 1925) tại xã Thượng Mỗ, huyện Đan Phượng, thành phố Hà Nội.
Thương Huyền bắt đầu đi hát và nổi danh từ trước Cách mạng tháng Tám. Bà cùng với nghệ sĩ Mai Khanh hát những bài hát tiền chiến của Văn Cao, Phạm Duy... tại quán Tân Nghệ sĩ, Thiên Thai và gây được nhiều tiếng vang. Cùng với Kim Tiêu, Thái Thanh, bà là một trong những nghệ sĩ đầu tiên hát nhạc của Văn Cao với những ca khúc như Suối mơ, Thiên thai, Đàn chim Việt,...
Trong thời gian này, bà đã đi học hỏi những làn điệu dân ca, hát chèo của các nghệ sĩ lão thành như Năm Ngũ, Dịu Hương... Bà đóng thành công vai Tấm trong vở chèo Tấm Điền cải biên từ vở Tấm Cám của Thế Lữ và Lưu Quang Thuận. Thương Huyền là giọng hát dân ca Bắc Bộ số một trong thập niên 1950 - 1960. Với giọng hát mượt mà, trong sáng tự nhiên và kĩ thuật rung hột (một kĩ thuật điển hình của quan họ) ấn tượng, bà đã thể hiện nhiều ca khúc dân ca Bắc Bộ, đặc biệt là dân ca quan họ Bắc Ninh như "Trống cơm, Hoa thơm bướm lượn, Trèo lên trái núi thiên thai, Lý cây đa...
Sau 1954
Sau khi kháng chiến kết thúc, năm 1954 bà trở về Hà Nội công tác. Bà cùng đội hợp xướng Hòa Bình sang Trung Quốc thu những đĩa hát đầu tiên của Việt Nam. Năm 1957 trong Đại hội Liên hoan Thanh niên và sinh viên lần thứ VI tổ chức tại Moskva, bà đã giành Huy chương Bạc ở cuộc thi hát dân ca quốc tế (đây cũng là lần đầu tiên một ca sĩ Việt Nam giành một giải thưởng quốc tế).[cần dẫn nguồn]
Thương Huyền là một trong những ca sĩ tên tuổi nhất ở miền Bắc trong thập niên 1950 – 1960. Bà là người thể hiện thành công nhiều ca khúc như: Câu hò bên bến Hiền Lương (Nguyễn Tài Tuệ), Hà Nội - Huế - Sài Gòn (Hoàng Vân), Tình trong lá thiếp (Phan Huỳnh Điểu, hát cùng em ruột Văn Hanh), Đảng là người mẹ hiền (Đỗ Minh), Trăng sáng đôi miền (An Chung), Ánh đèn sáng trên cầu Việt Trì (Hoàng Hà), Đóng nhanh lúa tốt (Lê Lôi), Ru con (dân ca Nam Bộ), Hòa bình tươi vui,...
Với 40 năm ca hát, Thương Huyền là một trong những ca sĩ tiêu biểu của tân nhạc Việt Nam. Bà còn là thầy của nhiều người, trong đó có những nghệ sĩ nổi tiếng như Nghệ sĩ Nhân dân Lê Dung, giảng viên Hồ Mộ La... Bà đã được trao tặng danh hiệu Nghệ sĩ ưu tú (1984) và Nghệ sĩ nhân dân (1988).
Trong hồi ký của Phạm Duy, ông đã nhiều lần nhắc đến Thương Huyền. Ví dụ như ở chương 6, chương 7 tập 2. Phạm Duy miêu tả Thương Huyền như một người đàn bà tài năng như đa tình, phóng túng, có tính cách bạt mạng, bất cần đời. Phạm Duy kể lại rằng Thương Huyền là "người tình chớp nhoáng" của ông và hai người đã từng có thời điểm "yêu nhau thắm thiết".
